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由于氧化铅的强毒性以及在烧结过程中的高挥发性，使铅基陶瓷在制备、使用及废弃后处理过程中将不可避免地对生态环境及人类造成严重危害，因此，寻找新型高性能的无铅压电陶瓷材料成为急待解决的问题。BaTiO3陶瓷是一种发展得相当成熟的无铅压电陶瓷材料，最初用于压电振子材料，其具有介电常数高、机电藕合系数和压电常数较大，机械品质因数中等和介电损耗较小等优点，因此改进的BaTiO3陶瓷是最有可能取代铅基压电陶瓷的无铅压电陶瓷之一。
本论文以采用传统的固相反应烧结技术制备了锆钛酸钡钙为基体的无铅压电陶瓷，利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等现代测试方法，研究了Ba含量，Zr含量，预烧温度，Nb2O5掺杂量，CuO掺杂量等对该无铅压电陶瓷物相组成，显微结构以及压电、介电性能的影响。
Ca元素的加入，没有改变所制备的(Ba1-xCax)(Ti0.9Zr0.1)O3陶瓷的钙钛矿物相结构。随着Ca含量的增加，(Ba1-xCax)(Ti0.9Zr0.1)O3无铅压电陶瓷的晶粒尺寸先增大后减小，压电常数(d33)，介电常数(εr)，机电耦合系数(kp)分别先增加后降低，而介质损耗(tanδ)先减小后增大。当Ca含量(x)为0.15时，在1450℃烧结制得的(Ba1-xCax)(Ti0.9Zr0.1)O3无铅压电陶瓷综合性能最佳:d33=363pC/N，kp=39.63％,εr=4184,tanδ=1.08％。
Zr元素的加入，没有改变所制备的Ba0.85Ca0.15Ti1-yZryO3无铅压电陶瓷的钙钛矿物相结构，使得该系压电陶瓷的晶格参数变大，晶粒的平均尺寸逐渐增大。随着Zr含量的增加，该系压电陶瓷材料压电常数(d33)和机电耦合系数(kp)先增大后减小，介电常数(εr)逐渐增加，介质损耗(tanδ)先增加后降低。当Zr含量y为0.10时，在1540℃烧结制得的Ba0.85Ca0.15Ti1-yZryO3陶瓷综合性能最佳:d33=424pC/N,kp=48.83％,εr=4364,tanδ=1.12％。
不同预烧温度的陶瓷样品为单一的钙钛矿结构，基本没有第二相的生成，陶瓷的物相由铁电四方相向三方相转变。随着预烧温度的升高，陶瓷的平均晶粒尺寸先增大后减小。随着预烧温度的升高，Ba0.85Ca0.15Ti0.9Zr0.1O3无铅压电陶瓷的压电常数、平面机电耦合系数、介电常数先增加后降低，介质损耗先降低后增加。当预烧温度为1370℃时，该系压电陶瓷的综合性能最佳:d33=600pC/N，kp=60.84％,εr=3727,tanδ=1.02％。
Nb2O5添加物的加入，没有改变所制备的Ba0.85Ca0.15Ti0.9Zr0.1O3无铅压电陶瓷的钙钛矿物相结构，使得陶瓷的晶格参数逐渐减小，抑制了陶瓷晶粒的增大，使得晶粒尺寸逐渐变小。随着Nb2O5掺杂量的增加，压电陶瓷的压电常数、平面机电耦合系数、介电常数先增加后降低，介质损耗先降低后增加。当Nb2O5掺杂量为0.7wt.％时，1350℃烧结制得的Ba0.85Ca0.15Ti0.9Zr0.1O3压电陶瓷材料综合性能最佳:d33=238pC/N,kp=29.33％,εr=4691,tanδ=2.07％。
CeO2和CuO的共同加入大大降低了BCTZ无铅压电陶瓷的烧结温度，在1350℃烧结时，仍可获得纯钙钛矿结构的BCZT陶瓷。随着CuO含量的增加，BCTZ陶瓷的压电系数和介电常数分别先升高后降低，介质损耗先降低后升高再降低，平面机电耦合系数逐渐降低。当CuO掺杂量为0.2wt.％时，在1350℃烧结所制得的BCZT无铅压电陶瓷具有最佳的性能:d33=535pC/N，εr=3740，kp=51.95％,tanδ=0.5％。